JP2021074725A - 鋳型用接着剤の製造方法、鋳型の製造方法、及び鋳型 - Google Patents
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Abstract
【課題】鋳型の再生処理を容易にするとともに、鋳型の接着工程を簡易にすることが可能な鋳型用接着剤の製造方法を提供することである。【解決手段】本発明の一態様にかかる鋳型用接着剤の製造方法は、水ガラスを含有する水溶液１１を準備する工程と、水溶液１１を９０℃以上１００℃以下に加熱する工程と、加熱した水溶液１１の液面に析出したゲル状の水ガラス１５を鋳型用接着剤として取り出す工程と、を備える。準備した水溶液１１の固形分は、２５質量％以上３５質量％以下である。【選択図】図１
Description
本発明は、鋳型用接着剤の製造方法、鋳型の製造方法、及び鋳型に関する。
複数の鋳型部品を接着剤で接着して、鋳型を製造する技術が知られている。複数の鋳型部品を接着剤で接着することで、所望の形状を有する鋳型を製造することができる。
特許文献１には、水ガラスと有機物質とを含む鋳型用接着剤に関する技術が開示されている。
鋳型に用いられる砂は、鋳型を使用した後に再生処理することで再利用することができる。例えば、バインダとして水ガラスを用いて製造された鋳型は、鋳型の使用後に水ガラスを除去する処理をして再生砂を生成することで再利用される。
しかしながら、鋳型部品を接着剤で接着して鋳型を製造した場合、使用する接着剤に水ガラス以外の不純物（有機物質など）が含まれていると、水ガラス以外の不純物を除去する処理が別途必要となり、再生処理が複雑になるという問題がある。
一方、接着剤に水ガラスのみを用いた場合は、水ガラス以外の不純物を除去する処理が不要となる。しかしながらこの場合は、鋳型同士を接着する際に水ガラスを熱硬化するための熱処理が必要となり、鋳型の接着工程が複雑になるという問題がある。
したがって、鋳型の再生処理を容易にするとともに、鋳型の接着工程を簡易にすることが可能な鋳型用接着剤が必要とされている。
上記課題に鑑み本発明の目的は、鋳型の再生処理を容易にするとともに、鋳型の接着工程を簡易にすることが可能な鋳型用接着剤の製造方法、鋳型の製造方法、及び鋳型を提供することである。
本発明の一態様にかかる鋳型用接着剤の製造方法は、水ガラスを含有する水溶液を準備する工程と、前記水溶液を９０℃以上１００℃以下に加熱する工程と、前記加熱した水溶液の液面に析出したゲル状の水ガラスを鋳型用接着剤として取り出す工程と、を備え、前記準備した水溶液の固形分を２５質量％以上３５質量％以下としている。
上述の鋳型用接着剤の製造方法では、水ガラスを含有する水溶液を原料として鋳型用接着剤を製造している。したがって、接着された鋳型を再利用する際に、水ガラスを除去する処理を実施すればよく、水ガラス以外の不純物を除去する処理が不要となるので、鋳型の再生処理を容易にすることができる。また、上述の鋳型用接着剤の製造方法では、水ガラスを用いて鋳型用接着剤（ゲル状の水ガラス）を製造しているので、鋳物同士を接着する際に熱処理が不要になる。したがって、鋳型の接着工程を簡易にすることができる。
上述の鋳型用接着剤の製造方法において、前記準備した水溶液の固形分を２８質量％以上３２質量％以下としてもよい。水溶液の固形分の範囲を上述の範囲とすることで、水溶液の粘度を適切な範囲とすることができる。したがって、ゲル状の水ガラス（鋳型用接着剤）の析出を促進させることができる。
上述の鋳型用接着剤の製造方法では、前記加熱する工程において、前記水溶液の液面が空気と接する状態で加熱してもよい。このようにすることで、水溶液の液面において水の蒸発が促進されて、水ガラスの脱水縮合反応が促進される。したがって、水溶液の液面において、ゲル化した水ガラス（鋳型用接着剤）の生成が促進される。
上述の鋳型用接着剤の製造方法において、前記水溶液は、ＪＩＳＫ１４０８で規定される３号の水ガラスを水で希釈することで準備してもよい。このような方法を用いることで、水溶液の粘度を適切な範囲とすることができる。したがって、ゲル状の水ガラス（鋳型用接着剤）の析出を促進させることができる。
本発明の一態様にかかる鋳型の製造方法は、バインダとして水ガラスを用いて製造された第１鋳型および第２鋳型を準備する工程と、上述の鋳型用接着剤の製造方法を用いて製造された鋳型用接着剤を、前記第１鋳型の第１接着面および前記第２鋳型の第２接着面の少なくとも一方に塗布する工程と、前記第１接着面と前記第２接着面とを互いに密着させて所定時間乾燥して、前記第１鋳型と前記第２鋳型とを接着して鋳型を製造する工程と、を備える。
本発明の一態様にかかる鋳型は、上述の鋳型の製造方法を用いて製造された鋳型である。
上述の鋳型の製造方法および鋳型では、水ガラスを原料として製造された鋳型用接着剤を用いて第１鋳型および第２鋳型を接着している。したがって、接着された鋳型を再利用する際に、水ガラスを除去する処理を実施すればよく、水ガラス以外の不純物を除去する処理が不要となるので、鋳型の再生処理を容易にすることができる。また、上述の鋳型用接着剤を用いているので、鋳物同士を接着する際に熱処理が不要になる。したがって、鋳型の接着工程を簡易にすることができる。
本発明により、鋳型の再生処理を容易にするとともに、鋳型の接着工程を簡易にすることが可能な鋳型用接着剤の製造方法、鋳型の製造方法、及び鋳型を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、実施の形態にかかる鋳型用接着剤の製造方法を説明するための図である。図１に示すように、本実施の形態にかかる鋳型用接着剤の製造方法は、水ガラスを含有する水溶液１１を準備する工程（ステップＳ１）と、水溶液１１を９０℃以上１００℃以下に加熱する工程（ステップＳ２）と、加熱した水溶液１１の液面に析出したゲル状の水ガラス１５を鋳型用接着剤として取り出す工程（ステップＳ３）と、を備える。以下、各工程について詳細に説明する。
図１は、実施の形態にかかる鋳型用接着剤の製造方法を説明するための図である。図１に示すように、本実施の形態にかかる鋳型用接着剤の製造方法は、水ガラスを含有する水溶液１１を準備する工程（ステップＳ１）と、水溶液１１を９０℃以上１００℃以下に加熱する工程（ステップＳ２）と、加熱した水溶液１１の液面に析出したゲル状の水ガラス１５を鋳型用接着剤として取り出す工程（ステップＳ３）と、を備える。以下、各工程について詳細に説明する。
本実施の形態にかかる鋳型用接着剤の製造方法では、まず、水ガラスを含有する水溶液１１を準備する（ステップＳ１）。水ガラスを含有する水溶液１１は、上部が開口している容器１０に収容される。水ガラスは、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）と二酸化珪素（ＳｉＯ２）とを含む混合物であり、本実施の形態では水ガラスに水を加えることで水ガラスを含有する水溶液１１を準備する。
このとき準備する水溶液１１の固形分は、２５質量％以上３５質量％以下とすることが好ましく、２８質量％以上３２質量％以下とすることが更に好ましく、３０質量％とすることが最も好ましい。ここで、水溶液の固形分とは、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）および二酸化珪素（ＳｉＯ２）の水に対する質量比である。水溶液１１の固形分の範囲を上述の範囲とすることで、水溶液１１の粘度を適切な範囲とすることができる。したがって、ゲル状の水ガラス１５の析出を促進させることができる。
つまり、水ガラスを含有する水溶液１１の固形分（粘度）が高すぎる場合は、加熱工程（ステップＳ２）において水溶液１１の攪拌等が適切に行われないため、ゲル状の水ガラス１５の生成が抑制される。また、水ガラスを含有する水溶液１１の固形分（粘度）が低すぎる場合は、水溶液１１中に占める水ガラスの割合が低くなり、ゲル状の水ガラスの生成が抑制される。このため、水ガラスを含有する水溶液１１の固形分（粘度）は適切な範囲（上述の範囲）にする必要がある。
一例を挙げると、本実施の形態では、水溶液１１は、ＪＩＳＫ１４０８で規定される３号の水ガラスを水で希釈することで準備することができる。ＪＩＳＫ１４０８で規定される３号の水ガラスを水で希釈することで、上述の固形分（粘度）を備える水溶液を準備することができる。
なお、本実施の形態では、鋳型を使用した後に鋳型を再利用することを想定しているので、鋳型用接着剤を製造する際は、水ガラスのみを含有する水溶液を用いる。このとき、水ガラスには不可避不純物が含まれていてもよい。
その後、ステップＳ２において、水溶液１１を９０℃以上１００℃以下、好ましくは９５℃以上１００℃以下に加熱する。例えば、図１に示すように、水溶液１１が入った容器１０を加熱手段１２の上に載置することで、水溶液１１を加熱することができる。このとき、水溶液１１を攪拌しながら加熱することが好ましい。例えば、攪拌子を容器１０の底部に沈めて、攪拌子を磁力で回転させることで水溶液１１を攪拌することができる。すなわち、マグネチックスターラーを用いて水溶液１１を攪拌してもよい。この場合は、加熱手段を備えるマグネチックスターラーを用いることができる。
水ガラスを含有する水溶液１１は、９０℃以上１００℃以下に加熱されると脱水縮合反応が進んでゲル化する。つまり、水ガラスの分子の末端にはＯＨ基が存在しており、この分子の末端のＯＨ基が脱水縮合反応を起こす。具体的には、水ガラスの１つの分子の末端のＯＨ基におけるＯイオン及びＨイオンと、他の分子のＯＨ基のＨイオンとが反応して結合し、１つの水分子が形成される。このような脱水縮合反応によって、水ガラスにＳｉ−Ｏのネットワークが形成されてゲル化する。
このとき、水溶液１１の液面が空気と接している状態で加熱することで、水溶液１１の液面において水の蒸発が促進されて、水ガラスの脱水縮合反応が促進される。したがって、水溶液１１の液面（空気との界面）において、ゲル化した水ガラスの生成が促進される。
本実施の形態では、水溶液１１の液面からの水の蒸発を促進させるために、水溶液１１の液面（界面）付近に送風手段や吸気手段を設けてもよい。
その後、ステップＳ３において、加熱した水溶液１１の液面に析出したゲル状の水ガラス１５を鋳型用接着剤として取り出す（以下では、鋳型用接着剤１５とも記載する）。ゲル状の水ガラス１５を取り出す方法は、任意の方法を用いることができる。例えば、ゲル状の水ガラス１５を棒状の部材で引き上げて取り出してもよい。また、ゲル状の水ガラス１５をスポイト等の吸引手段を用いて取り出してもよい。
上述のステップＳ１〜Ｓ３により、鋳型用接着剤を製造することができる。鋳型用接着剤１５は、乾燥を防止することができる容器（密封容器）を用いて保存することができる。
次に、本実施の形態にかかる鋳型の製造方法について説明する。図２は、本実施の形態にかかる鋳型の製造方法を説明するための図である。図２では、一例として、鋳型（部品）２１と鋳型（部品）２２とを接着することで、鋳型２０を製造する場合について説明する。
図２に示すように、まず、接着する鋳型２１、２２（第１鋳型および第２鋳型）を準備する（ステップＳ４）。本実施の形態では、鋳型を使用した後に鋳型を再利用することを想定している。したがって、鋳型２１、２２には、バインダとして水ガラスを用いて製造された鋳型を用いる。つまり、バインダとして水ガラスを用いて製造された鋳型は、鋳型の使用後に水ガラスを除去する処理をすることで再生砂を生成することができ、再生砂を再利用することができる。
その後、上述の製造方法を用いて製造された鋳型用接着剤１５を、鋳型２１の接着面３１および鋳型２２の接着面３２の少なくとも一方に塗布する（ステップＳ５）。図２に示す例では、鋳型２１の接着面３１に鋳型用接着剤１５を塗布している例を示している。なお、鋳型用接着剤１５は、鋳型２２の接着面３２に塗布してもよく、また、鋳型２１の接着面３１および鋳型２２の接着面３２の両方に塗布してもよい。
その後、接着面３１と接着面３２とを互いに密着させて所定時間乾燥して、鋳型２１と鋳型２２とを接着する（ステップＳ６）。これにより鋳型２０を製造することができる。乾燥時間としては、例えば３０秒から１分程度とすることができるが、乾燥時間はこの時間に限定されることはない。ステップＳ６の接着工程は、典型的には常温で行うことができる。このように接着工程を常温で行うことで、加熱用の設備が不要となり、鋳型の接着工程を簡易にすることができる。
なお、本実施の形態では、ステップＳ６の接着工程において、簡易な設備を用いて鋳型用接着剤１５の乾燥を促進させることができるのであれば、乾燥を促進させるための簡易な設備を別途設けることを妨げるものではない。
以上で説明したように、本実施の形態にかかる発明では、水ガラスを含有する水溶液を用いて鋳型用接着剤を製造している。ここで、水ガラスを含有する水溶液は、水ガラスのみを含有する水溶液（不可避不純物が含まれていてもよい）であるので、製造される鋳型用接着剤には水ガラスと水の成分のみが含まれる（つまり、有機物質などの不純物が含まれていない）。したがって、鋳型を使用した後に鋳型を再利用する際に、水ガラスを除去する処理を実施することで再生砂を生成することができる。つまり、水ガラス以外の不純物（有機物質など）が含まれていないので、水ガラス以外の不純物を除去する処理が不要となり、鋳型の再生処理を容易にすることができる。
また、本実施の形態にかかる発明では、鋳物同士を接着する際に単に水ガラスを用いるのではなく、水ガラスを用いて製造された鋳型用接着剤（ゲル状の水ガラス）を用いている。つまり、接着剤として水ガラスを用いた場合は、鋳型同士を接着する際に水ガラスを熱硬化するための熱処理が必要となる。一方、本実施の形態にかかる発明では、水ガラスを用いて製造された鋳型用接着剤（ゲル状の水ガラス）を用いて鋳物同士を接着しているので、熱処理が不要になる。
より詳細には、接着剤として水ガラスを用いた場合は、水ガラスを脱水縮合反応させて硬化する必要があるので、熱処理が必要となる。一方、本実施の形態にかかる発明のように、水ガラスを用いて製造された鋳型用接着剤（ゲル状の水ガラス）を用いた場合は、鋳型用接着剤を常温で乾燥させることで接着することができるので、熱処理が不要になる。したがって、鋳型の接着工程を簡易にすることができる。
以上で説明したように、本実施の形態にかかる発明により、鋳型の再生処理を容易にするとともに、鋳型の接着工程を簡易にすることが可能な鋳型用接着剤の製造方法、鋳型の製造方法、及び鋳型を提供することができる。
以上、本発明を上記実施の形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。
１０ 容器
１１ 水ガラスを含有する水溶液
１２ 加熱手段
１５ 鋳型用接着剤（ゲル状の水ガラス）
２０ 鋳型
２１ 鋳型（部品）
２２ 鋳型（部品）
３１、３２ 接着面
１１ 水ガラスを含有する水溶液
１２ 加熱手段
１５ 鋳型用接着剤（ゲル状の水ガラス）
２０ 鋳型
２１ 鋳型（部品）
２２ 鋳型（部品）
３１、３２ 接着面
Claims (6)
- 水ガラスを含有する水溶液を準備する工程と、
前記水溶液を９０℃以上１００℃以下に加熱する工程と、
前記加熱した水溶液の液面に析出したゲル状の水ガラスを鋳型用接着剤として取り出す工程と、を備え、
前記準備した水溶液の固形分が２５質量％以上３５質量％以下である、
鋳型用接着剤の製造方法。 - 前記準備した水溶液の固形分が２８質量％以上３２質量％以下である、請求項１に記載の鋳型用接着剤の製造方法。
- 前記加熱する工程において、前記水溶液の液面が空気と接する状態で加熱する、請求項１または２に記載の鋳型用接着剤の製造方法。
- 前記水溶液は、ＪＩＳＫ１４０８で規定される３号の水ガラスを水で希釈することで準備する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋳型用接着剤の製造方法。
- バインダとして水ガラスを用いて製造された第１鋳型および第２鋳型を準備する工程と、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋳型用接着剤の製造方法を用いて製造された鋳型用接着剤を、前記第１鋳型の第１接着面および前記第２鋳型の第２接着面の少なくとも一方に塗布する工程と、
前記第１接着面と前記第２接着面とを互いに密着させて所定時間乾燥して、前記第１鋳型と前記第２鋳型とを接着して鋳型を製造する工程と、を備える、
鋳型の製造方法。 - 請求項５に記載の鋳型の製造方法を用いて製造された鋳型。
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